音乐训练的“关键期”与“敏感期”及其音乐教育启示

宋 蓓，侯建成，骆 丹，周加仙

1. 哈尔滨音乐学院音乐学系(中国哈尔滨 150028)；2. 福建师范大学海峡两岸文化发展协同创新中心(中国福州 350007)；3. 香港城市大学生物医学系(中国香港 999077)；4. 华东师范大学教育学部教育心理学系 教育神经科学研究中心(中国上海 200062)

以往研究发现，人类大脑的发育大致可分成两个阶段，一个阶段是从受孕到出生，另一个阶段是从出生以后直到20岁左右。大脑重量的增加大多发生于出生后的5～6年，6岁左右儿童的大脑重量已达到成人值的90%，最大值出现在20岁左右，在此之后则逐年降低。同时，人生早期的经验决定着神经元的联结和凋亡方式[1]。由于神经联结是各种心理认知能力、操作能力甚至智力形成的生理基础，人类大脑的潜能若要得到最大程度的发展，丰富的早期经验与合适的环境尤为重要。根据上述脑发育的规律及特点，有学者提出了个体的脑发育存在着 “关键期”的假设。但是，随着脑科学研究的不断深入，那种认为出生后的头几年是人生发展关键期的理论由于过于极端而逐渐受到质疑，为了避免严格狭窄的关键期定义，研究者又倾向于采用“敏感期”来代替关键期的说法。基于此，本文对音乐训练是否存在关键期与敏感期及主要表现加以区分和辨析，并提出其对音乐教育的启示。

1 关键期与敏感期的概念及特点

关键期与敏感期的概念既有相似之处，又有很大区别。关键期(critical period)是指大脑的结构或者功能需要特定的、适宜的经验才能得到持续的发展。如果特定的、适宜的经验没有发生, 则大脑某个方面的结构或者功能的发展可能会受到永久的影响[2-4]。因此，关键期是人类生理发育的一个类似“生物钟”的时期。关键期具有3个主要特点：时间短暂性、外部刺激和环境发挥重要作用及不可逆性[5]。一般而言，发展心理认知和行为技能的关键期年龄界定在4～7岁[3]。

由于前人研究[5-7]已证明，音乐训练对大脑发育具有重要作用，较早接触音乐训练可促进神经系统及其功能的发育，因而大众乃至许多音乐教育者都非常强调早期音乐教育的重要性，认为尽早接受音乐训练非常关键，一旦错过这段时间则音乐训练的积极效果就无法实现。

敏感期(sensitive period)是指大脑的结构或者功能对特定的外部刺激非常敏感的阶段[8]。在这个阶段，大脑特别容易接受经验的影响以促进大脑结构与功能的发展[9]。但是，如果没有接触到有关的学习、训练或环境刺激，后续学习仍然可能发生，只是会变得相对困难。由于音乐学习和训练的内容和要求不尽相同，各类乐器的演奏方法与特点也存在很大差异，这使得研究者在界定音乐训练的敏感期及其可塑性的时间上存在一定的困难。就心理认知能力和行为技能的发展而言，敏感期一般界定为从出生到12岁[10]，或至16岁(学生时代晚期)[11]，或至成年早期；就包括乐器演奏在内的音乐技能而言，其学习或训练的最佳时期为3～10岁[12]。

从上述对这两个概念的界定不难看出，敏感期与关键期之间存在一定的差别。关键期是指大脑的结构或者功能需要特定的、适宜的经验才能得到持续，强调在发育的特定时间段、某种经验必须发生才能保证其正常发展。在这个时间段，如果适宜的经验没有发生，某些发育可能会受到永久的不良影响。也就是说，关键期强调生命中某些具有明确的起讫时间的短暂阶段的极端重要性，错过了这一时间段则会产生严重的负面影响，且这种影响具有不可逆性。与关键期相比，敏感期是指特定的生物事件可能出现的最佳时间段，即某种生物事件在某一时间段是重要的，但是个体在该时间段之后仍可以掌握某一技能，只是相对困难。因此，敏感期强调的是个体容易受到某种环境刺激或经历的影响，强调提供这些刺激和影响的理想时间，即便过了所谓的敏感期，大脑神经结构和功能的建立会变得相对缓慢一些，但是习得某种技能和能力以及神经发育并非停止[13]。与关键期过分强调严格的起讫时间相比，敏感期的持续时间更长，甚至可以延续到成年初期[14]。

目前的研究发现，在绝对音高(absolute pitch, AP；也称为固定音高或绝对音感)能力的习得方面，的确存在较明显的关键期表现特征。而在乐器训练、音乐鉴赏、音乐表演以及创作等音乐能力的习得方面，则存在敏感期的特征。尽管在敏感期内进行音乐活动或训练对儿童音乐能力发展及人脑潜能开发均具有重要作用，但敏感期之后的某些音乐训练，如识谱、声乐演唱、乐器演奏训练等，依然能提升人类的音乐认知能力，且对其大脑功能和结构，例如听觉皮质、运动皮质、感觉皮质等的重塑发挥重要作用。

2 关键期与AP能力

AP能力指在没有任何音高提示或参照的情况下，对听到的实际音高进行识别，即判断并说出(或唱出)音高的具体音名和唱名的能力[15-17]。一般认为，具有AP能力的人在头脑中存在一个固定的音高模版(tonal template)，能在每一个音高与具体的音名及唱名之间建立固定的联系。研究证明，具有AP能力的人数量和比例均很小(西方人群中每1 500～10 000人中约有1人，职业音乐家中占比10%～15%[18])，而该能力需由先天遗传和早期音乐训练这2个因素共同决定[17-18]。

研究结果[19]显示，早期音乐训练对AP能力的形成非常重要，越早进行音乐训练，获得AP能力的可能性也越大。为了获取AP能力，音乐训练的起始时间是3岁左右，因为认知心理学认为，人类个体要到大约3岁时才具有对音高的长时记忆能力，而在3岁前接受音乐训练的效果则不明显。Sergeant[20]通过大规模调查发现，5岁前开始音乐训练的儿童具有AP能力的比例可达95%，而超过12岁后接受音乐训练的儿童获得AP能力的比例仅为 5%。Baharloo等[19]对专业音乐院校和乐团音乐家的调查统计发现，在4岁前开始音乐训练的音乐家中有40%具有AP能力，而9岁后接受音乐训练的音乐家中只有 3%具有AP能力。Gregersen等[21]发现，具有AP能力的人均在6岁之前开始音乐训练，而只有1名受试者在6岁之后开始训练；也有研究[22]认为是7岁前。还有研究[23]发现，AP能力获得的关键期为3～5岁。Zatorre[24]认为，在9～12岁之后获得AP能力的可能性就很小了。总之，尽管对AP能力习得的关键期的时间界定并不十分一致，但这说明AP能力的形成存在关键期，即在一定的年龄段开始音乐训练才能获得AP能力，而之后获得的可能性就很小。

另外，Gregersen等[25]发现，东亚裔音乐专业学生中拥有AP能力的比例(47.5%)远高于高加索裔音乐专业学生的比例(9.0%)，而且东亚地区学生中具有AP能力的人员比例依次为中国(65%)、韩国(37%)、日本(26%)。Zatorre[24]也认为，AP能力在不同地区的分布亦不同，例如亚洲人种(东亚地区以及说英语的华裔)比其他人种的比例高。对此，Henthorn等[26]认为，这与当地语言因素有关[例如汉语等调性语言(tone-language)]。但其他研究者[25]认为，韩语和日语不属于调性语言，所以语言文化环境不能从本质上解释亚洲人种出现较高AP能力比例的真正原因。Gregersen等[25]认为,亚洲儿童接受音乐训练的起始年龄大多在7岁之前且采用固定唱名(fixed do)的教学方法，而这种教学方法对获得AP能力至关重要。

除了早期音乐训练，某些生物基因同样影响AP能力，即(在关键期内的)音乐训练和有关基因之间的交互作用形成了AP能力。例如Profita等[27]选取19个家系并通过分离分析(segregation analysis)发现了35名AP能力者，说明AP能力存在显著的家族遗传性。Gregersen等[28]通过一项家族研究估算出AP能力的同胞再现风险比(sibling recurrence-risk ratio,λs)为20，即AP能力者的兄弟姐妹(siblings)同样存在AP能力的概率是普通家系(无AP能力)的20倍。随后，Gregersen等[25]进行了另外2项家系聚集性研究(familial aggregation study)，得出AP能力者的兄弟姐妹同样具有AP能力的相对风险率(relative risk，RR)分别是普通家系的8.3倍和12.2倍。Baharloo等[29]以最为严格的AP-1能力计算λs，同时对早期音乐训练因素进行控制，发现AP-1能力的λs为7.8～15.1。Theusch等[30]发现，在14对同卵双生子中有11对表现出AP-1能力(78.6%)，而31对异卵双生子中仅有14对表现出AP-1能力(45.2%)，差异具有统计学意义。Theusch等[31]通过全基因组的非参数多点连锁分析(non-parametric multipoint linkage)对45个欧洲家系进行研究，发现腺苷酸环化酶8(adenylate cyclase 8，ADCY8；该基因发挥学习和记忆功能)与染色体8q24.21的rs3057位点存在较强的连锁值,优势对数计分(LOD score)的LOD值为3.464,表明该连锁区域内至少存在1个易感基因使欧洲家系出现AP能力的概率更大；他们还通过分析19个拥有AP能力的东亚家系发现了1个较小的连锁峰值位于7q22.3位点(LOD值为1～1.5)。这些研究反映了AP能力存在遗传性特点。

有关脑成像的研究方面，Zatorre等[32]使用AP测验任务，利用正电子发射断层成像技术(positron emission tomography，PET)进行研究发现，具有AP能力的音乐家，其左侧大脑的额叶背侧后部(left posterior dorsolateral frontal cortex)的活跃程度显著增加，而没有AP能力的音乐家(但具有相对音高能力, relative pitch)的活跃程度则不明显，这也得到其他研究[33]结果的支持。额叶背侧后部是条件性联想记忆(conditional associative memory)的重要加工脑区[34]，还负责音乐信息的储存、监测和检索等加工。位于颞上回后部的颞平面(planum temporale)对AP能力也有重要作用。功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)研究[34]发现，具有AP能力的音乐家，其左侧颞平面的激活程度与AP测验成绩呈正相关。颞平面与听觉加工的音素感知(音素是语音单位)有关[35]，而语音的音素类别与音乐音高类别大致相当，这对于AP能力很重要。大脑结构形态(morphology)研究[36]发现，具有AP能力的音乐家，其左侧颞平面表面积显著高于其对称的右侧，而这种不对称也可能是较小的右侧而非左侧较大的颞平面表面积所致。相关性分析表明，在具有AP能力的音乐家中，音高识别正确率的高低与左侧颞平面体积呈显著正相关，即左侧颞平面体积较大则音高识别正确率较高。弥散张量成像(diffusion tensor imaging)发现，与无AP能力的音乐家相比， 具有AP能力的音乐家在连接左侧颞上回后部和颞中回后部之间的纤维束有显著增加，同时双侧颞(包括颞上回后部和颞中回后部)的白质纤维束体积也显著增加[37]，说明左侧颞上回是负责音高分类的重要区域。

一般认为AP能力受到早期音乐训练和遗传因素的双重影响。但也有研究[38]认为，早期音乐训练的因素并非必需，遗传因素起着决定性作用。问题是，关键期的早期音乐训练，或遗传基因，或两者之间的交互作用，究竟在多大程度上影响了关键期内的大脑结构和功能的发育，进而形成了AP能力。人类的很多行为表现均可由遗传因素来解释，而人的行为又主要由神经系统所控制。因此，基因的效应并非直接表达为行为水平，而是通过他们的分子和细胞效应为中介，进而影响大脑的结构与功能及相应的脑内信息加工，最终影响行为表现。目前认知神经科学研究已使用一种“基因-脑-行为”整合的思路来观察人类行为，这种思路被称为影像基因组学(imaging genetics)。在AP能力研究中，研究者可通过影像基因组学来探索和评估大脑内表达的基因多态性的功能特征，并进一步考察其对关键期内大脑功能和结构以及对AP能力的潜在影响。

3 敏感期音乐训练对脑结构与功能的影响

在敏感期内，由于脑神经系统对于外界的刺激反应最为敏感，所以在这段时间进行音乐学习或干预的效果较佳(表1)[39]。同时此期间的音乐学习经历还对儿童的大脑进行发育性重组,或改变皮质功能区的精细结构，从而影响其今后的音乐活动表现。

相关实验结果表明，在敏感期内开始音乐训练的音乐家的早期音乐学习经历对大脑发育的可塑性影响最为明显，例如：手指运动时对应的皮质表征区最大[40],进行音乐活动时能更有效地激活神经网络结构[41],完成基本音乐感知任务时速度更快且达到自动化水平[42]。因为复杂的音乐训练活动以及音乐本身的丰富结构需动用大脑各个脑区(例如运动皮质、听觉皮质及躯体感觉皮质)的协调参与，这种持续且复杂的音乐活动会导致大脑发生宏观和微观的功能及结构变化或重组[43]，进而推进人类的思维、记忆和学习等高级认知能力的发展[44]。

表1 敏感期内不同阶段所表现出的音乐能力

有研究者[45]通过脑磁图(magnetoencephalog-raphy, MEG)对12名4～6岁的儿童进行了一项追踪实验：6名儿童进行1年的铃木教学法音乐训练，其他儿童则不参加音乐训练。研究者在为期1年的实验中对这些儿童进行间隔3～4个月的共4次测试，实验材料是呈现2种不同的声音刺激，一是小提琴音色的时长850 ms的单音，二是时长500 ms的噪声，结果表明，2组儿童在不同声音刺激下的听觉皮质激活程度有很大不同：训练组儿童对小提琴音色的声音刺激产生了明显的听觉唤起反应，不仅其波幅明显高于无训练儿童，且潜伏期也较短，说明前者对音乐声音刺激更敏感而较快做出反应。与此同时，这种反应表现出音乐训练导致的左侧大脑半球的信息加工优势(这与成人受试者的实验结果吻合)，而没有音乐训练的儿童对2种声音刺激的生理反应基本相同，且不存在大脑半球间的差异。

Schlaug等[45]对一组9～11岁的儿童进行了4年音乐训练，之后发现其感觉运动皮质(sensorimotor cortex)和双侧枕叶(bilateral occipital lobe)的灰质体积显著大于没有接受音乐训练的儿童，而二者的脑灰质体积在接受音乐训练之前并无差异。这说明音乐训练改变了儿童的大脑灰质结构，增加的灰质体积反映了相关脑区的功能变得更为发达。

为了回答究竟是音乐训练导致儿童大脑功能的差异，还是大脑功能本身就存在差异以及音乐训练对大脑重塑是否在儿童时期就已出现等问题，Schlaug等[47]进行了一项追踪性实验研究：首先将受试者按照5～7岁、9～11岁和成年人3个年龄段以及他们有无音乐训练经验进行分组，并针对音乐训练对大脑的影响进行了横向和纵向的比较研究。实验结果表明，在接受音乐训练前，所有儿童的大脑功能不存在差异，同时在旋律辨别(melodic discrimination)和节奏辨别(rhythmic discrimination)任务中均表现出双侧颞上回(superior temporalgyrus)的显著激活。而在接受钢琴训练1年后，训练组和非训练组受试者在左右半球颞和颞-顶叶联合区出现大脑功能差异，同时这种差异使2组受试者在运动技能和听觉分辨力方面也有明显差别。研究者对另一组接受大约4年音乐训练的9～11岁儿童进行研究发现，经过较长时间的音乐训练，训练组儿童在颞上回,特别是右侧颞上回比非训练组儿童激活更为明显和广泛。这说明音乐训练对儿童大脑功能的影响正逐渐显现，同时这也与成年音乐家与成年非音乐家的大脑功能差异的发展趋势相吻合。该研究的重要意义在于：第一，通过追踪研究证实了音乐训练与大脑功能变化之间存在因果关系，证明了音乐训练和相关经验对大脑的发育及可塑性的影响；第二，证实了音乐训练对大脑功能的影响在儿童期就已显现；第三，随着音乐训练时间的持续增长，这种大脑功能的差异越加明显。

Koelsch等[48]对有无音乐训练经历的10岁儿童进行了不规则音乐和弦加工的脑成像研究，发现有音乐训练经历的儿童在以下脑区激活程度较高：前额叶皮质、眶额皮质、脑岛前部、腹侧前运动区、颞前回与后回、颞上沟和边缘皮质区上部，这些脑区组成了音乐认知加工的重要神经网络(如音乐结构和音乐意义、音乐工作记忆、音乐情绪加工等)。Koelsch等[48]认为，这些脑区主要有4种作用：第一，眶额皮质和腹侧前运动区等大脑网络参与音乐结构加工；第二，颞后部参与音乐意义加工；第三，前额叶皮质参与音乐工作记忆；第四，边缘皮质上部参与音乐情绪加工。同时，音乐训练有助于儿童岛盖部和颞上回前部的神经功能发育。

另有研究结果[49]发现，音乐家受试者的双侧半球的皮质脊髓束(corticospinal tract)的各向异性分数(fractional anisotropy, FA)值比非音乐家受试者要低。研究者还将音乐家受试者分为早期音乐训练组(开始音乐训练的年龄为 5.0岁)和晚期音乐训练组(开始音乐训练的年龄为 8.6岁)，发现音乐训练起始年龄与白质纤维结构的扩散值呈负相关，即开始音乐训练越早，白质皮质脊髓束的扩散值就越高，而晚期音乐训练组和非音乐训练组之间没有明显差异。研究结果说明，白质与音乐训练起始年龄紧密相关，早期音乐训练导致神经细胞轴突膜发生了可塑性的变化，这种变化使皮质脊髓束的扩撒率增加而降低了其FA值。以上研究均证实了个体发育过程中存在着音乐训练的敏感期。有研究认为，早期音乐训练所提升的认知和运动能力优势在成年后依然保持。

4 敏感期后音乐训练对脑结构与功能的影响

虽然在大脑发育处于敏感期的过程中所接受的音乐训练对大脑结构与功能的影响较为显著，但由于大脑在整个生命过程中都始终保持动态可塑性，因此敏感期之后以及成年人的大脑仍然具有被改变和重塑的可能。尽管在敏感期之后的大脑可塑性局限于突触效能的局部变化，同时随着神经系统的成熟，引起其变化的刺激也在日益受到限制，但研究结果表明，敏感期之后开始的音乐训练仍可以对音乐和其他认知能力以及大脑的生长发育产生促进作用，这证明大脑功能与结构形态等特征受到整个生命过程中各种学习和训练及其经验的影响。

4.1 敏感期后音乐训练对听觉皮质的影响

Pantev等[50]对普通成年受试者(非音乐家)进行短期音乐训练并测查晚期(late period)音乐训练对大脑听觉皮质可塑性的作用，结果发现，接受短期音乐训练后，其大脑皮质厚度有明显增加，同时Gamma波频率在听音乐旋律片段时有所增强。Stewart等[51]使用fMRI对成年非音乐家受试者进行了研究：受试者首先接受每周90 min的音乐课程学习(含识谱和钢琴演奏训练)，共计 15 周，之后让其完成2项不同的实验任务，包括显性读谱(explicit music reading task，即旋律弹奏任务，要求受试者根据乐谱上的音符和指法进行钢琴按键)和隐性读谱(implicit music reading task，即识谱任务，要求受试者判断乐谱中的符干是朝上还是朝下)，结果发现，进行显性读谱任务时激活了右侧顶上皮质、双侧顶内沟和左侧梭状回；进行识谱任务时主要激活左侧缘上回、左侧额下沟和右侧额极。该研究证明大脑听觉皮质的可塑性变化可通过短期音乐训练而产生。

4.2 敏感期后音乐训练对运动皮质的影响

大脑运动皮质的可塑性较强，因此有大量研究证明晚期音乐训练对个体的运动皮质具有显著的重塑作用。一组非音乐家受试者接受了短期音乐技能训练，被要求在主试的指导下以60次/min的速度用单手的5个手指按顺序在钢琴琴键上进行弹奏，同时要保持演奏的速度、力度和每个音的时间间隔，不能停顿或漏音；所有受试者连续练习5 d，每天练习 2 h。实验结果显示：① 所有受试者的弹奏技能均有很大提高，弹奏错误率明显减少；② 伴随着弹奏技能的提高，手指的屈伸肌肉群所对应的大脑运动皮质的激活面积逐渐增大。该实验进行1周后，受试者又被随机分成2组：继续练习组在随后4周里继续进行上述练习，停止练习组则终止练习。在此期间对所有受试者的手指屈伸肌肉群相应激活面积进行重测，结果表明：① 继续练习组的激活面积随着弹奏水平的提高而稍有减少，并最终保持在相对稳定的水平；② 停止练习组的激活面积又降回原来水平。该实验揭示：① 音乐演奏活动中，手指弹奏练习所必需的运动技能的获得与运动皮质功能密不可分；② 在神经重塑过程中建立了新的神经联结，并去除先前已有的神经联结；③ 神经重塑的初期是可逆的，随着技能的不断练习和自动化会导致皮质内和皮质下神经网络的结构性长期变化。总之，大脑运动皮质在音乐技能习得的过程中扮演着重要角色，因为其复杂的神经联结模式以及对多个肌肉群产生的多变性影响会导致大脑可塑性变化，而这种可塑性变化使个体在技能性学习过程中具有优势。

Bangert等[52]也对非音乐家受试者进行了研究。受试者首先接受为期5周共 10个单元的音乐训练，训练内容为右手弹奏难度不同的旋律小段，然后分别完成音乐聆听任务和音乐弹奏任务，同时通过脑电图分别在受试者接受音乐训练后20 min及20、38 d时观察大脑功能变化，结果发现，在音乐聆听任务中：① 接受音乐训练前的激活区主要体现在额叶和顶叶，但接受音乐训练仅20 min后在中央沟附近和左半球出现激活；② 接受第5单元训练后，激活范围逐渐集中到左侧初级感觉运动皮质；③ 完成所有10个单元训练后，受试者右手所对应的感觉运动皮质和右侧的额-颞联合区出现了明显的共激活(co-activation)现象。在音乐弹奏任务中：① 接受音乐训练前的激活区主要体现在受试者右手对应的左侧初级运动区；② 训练20 min后的右侧感觉运动皮质激活有所减少；③ 第5单元训练后在双侧额叶和颞皮质出现了额外激活；④ 完成所有10个单元训练后则激活右侧额-颞联合区。

上述研究证明，音乐训练对大脑可塑性变化的影响并不仅仅局限于幼年和童年期，而是持续终生的过程。成年后的音乐学习和训练对成年人的听觉皮质、运动皮质、感觉皮质等诸多脑区的功能和结构重塑同样具有重要作用，那些认为音乐学习和训练的效果“仅存在于敏感期”“时间是短暂的、不可逆”等观念是不符合事实的。

5 对音乐教育的启示

通过上述研究可以看出，大多数音乐学习和训练存在着相对的敏感期而非关键期。除了AP能力需要一定遗传基因并在关键期内给予必要的(早期)音乐训练外，在敏感期内进行的其他早期音乐训练对心理认知和神经建构具有其他发育阶段无可比拟的作用，因此，让儿童在敏感期内开始音乐训练无疑是更为明智的。但这并不意味着在敏感期后就不能获得音乐能力。只是相对而言，欲在敏感期之后接受音乐训练且获得同样效果，需付出更多的努力。也就是说，任何年龄都适合开始音乐训练，只不过由于可塑性在儿童阶段表现得最为显著。因此，我们要认识到将音乐训练所存在的敏感期看作是短暂的、不可逆的观念是错误的。

我们用敏感期这个术语，就是要说明虽然大脑生长和神经发育的某些特定方面只出现在特定时期，但这时期并不像想像的那样短暂，而是时间相对较长。敏感期的结束也并不意味着脑可塑性的结束，大脑在整个生命过程中都存在着某种程度的可塑性。所以，强调敏感期的音乐教育并不等于否认或忽视非敏感期的音乐训练的作用，音乐教育在个体音乐能力的发展过程中始终起着主导作用。

教育者应该客观看待和正确认识音乐训练的关键期与敏感期等问题，即使有些学生在敏感期内没有获得音乐训练，也不应该对他们采取“放弃”的态度，而要积极引导和鼓励其对音乐的学习兴趣和动机。大脑终身具有可塑性的特点使学习新知识和获得新技能可在任何年龄段进行，这也有助于更好地理解音乐教育的内容、时机及方法等问题。